Tentamen TP6OR2 Materiallära

Polymerer CBJ

Förklara följande nyckel-ord:

-Monomer

-Polymer

-Polymerisation

-Fria radikaler

-PMMA

-MMA

Monomer: kemisk förening som kan reagera och bilda en polymer, minsta repeterande enheten i en polymerkedja

Polymer: Långa ordnade kedjor (makromolekyler) som består av små repeterande enheter (monomerer)

“Kemisk förening bestående av stora organiska molekyler som bildas genom sammanslagning av många upprepande mindre monomerenheter”

Polymerisation: när monomerer med en låg molekylvikt reagerar med varandra och omvandlas till en polymer med hög molekylvikt

Fria radikaler: en atom eller atomgrupp med en oparad elektron (R-), dessa orsakar reaktioner som initierar polymerisationen

PMMA: Poly-Metyl-Met-Akrylat, en termoplast som används i dentala sammanhang genom att polymerisera monomerer (MMA),

pulver som blandas med MMA för att bilda protesbasmaterial

MMA: Metyl-Met-Akrylat, monomerer som används för att tillverka PMMA, kulor som blandas med pulversierat PMMA för att bilda protesbasmaterial

Skriv in det passande nyckelordet för nedan definitioner. OBS att ett ord inte har någon definition – vilket ord är det och hur lyder dess definition? Skriv in detta vid h) nedan.

a) Minskning eller eliminering av elastisk töjning (deformation per längdenhet) när en applicerad kraft tas bort

= Elastisk återhämtning

b) Kemisk reaktion där låg molekylvikts-monomerer (eller små polymerer) omvandlas till högre molekylvikts material (högmolekylärt material) för att uppnå önskade egenskaper

= Härdning/polymerisation

c) Typ av makromolekyl som härrör från monomerer med den kemiska strukturen CH2=C(CH3)-COOR

= Metakrylatpolymer

d) Kemisk förening bestående av stora organiska molekyler som bildas genom sammanslagning av många upprepande mindre monomerenheter

= Polymer

e) Polymer gjord av två eller flera monomerer-arter men utan sekventiell ordning mellan mer-enheter längs polymerkedjan

= Slumpvis/mässig sampolymer

f) Den temperatur vid vilken makromolekylär molekylrörelse börjar att tvinga polymerkedjorna isär. Således polymermaterial mjuknar vid värmepåverkan över denna temperatur

= Glastransitions(omvandlings)temperatur (Tg)

g) Polymermaterial som blir permanent hård när de upphettas över den temperatur vid vilken den börjar polymerisera och som inte mjuknar igen vid återuppvärmning till samma temperatur

= Härdplast

h) Minsta beståndsdelen i en polymer, polymerer byggs upp av repeterande enheter av monomerer

= Monomer

i) Polymera material som består av linjära och/eller grenade kedjor som mjuknar när det upphettas över glas-övergångstemperaturen (Tg), vid vilken molekylär rörelse börjar att tvinga isär kedjorna

= Termoplast

j) Förmåga hos en polymer att bete sig som en elastisk fast (fjäder) och som en trögflytande vätska (stötdämpare)

= Viskoelastisk

Polymera material används för en mängd olika dentala applikationer och områden. Inom vilka två områden är det vanligt förekommande med tandtekniska polymera produkter samt ge ett exempel på en sådan produkt för dessa två områden

1. Protetik - proteser och proteständer

2. Bettfysiologi - bettskenor

a) Vad beror de polymera egenskaperna på och b) vad påverkar polymerers mekaniska egenskaper och fysikaliska beteenden?

1. Kedjans längd (molekylvikt) - längre → starkare polymer

   
   

   Förgreningar - raka packar sig mer än förgrenade → högre densitet → ökad hållfasthet

   
   

   Tvärbundenhet - polymerkedjor ihopbundna med kovalenta bindningar → kan ej lösas i lösningsmedel, ingen smälttemp (härdplast)

2. Smälttemperatur = påverkas av graden av kohesion i polymeren, sidogrupper, intrassling, tätpackning, kedjelängd

   
   

   Glastransitionstempratur (Tg) = påverkas av tvärbindning, kedjelängd, mjukgörare (negativt)

   
   

   Kristallinitet = påverkas av kylningshsatighet (långsam = bäst), monomerers komplexitet (ju mindre komplexa desto bättre), förgreningar (försvårar tätpackning)

Förklara den strukturella skillnaderna mellan homopolymerer och sampolymerer (copolymerer). Utveckla ditt svar avseende sampolymerer (copolymerer).

Vilka är de praktiska/kliniska fördelarna med att använda sampolymerer (copolymer resins) för dentala applikationer och vad är det som förändras?

Homopolymerer: Polymerer som bara har en typ av repeterande monomer, ex -AAAAAAA-

Sampolymer: Polymerer med två eller flera monomerer.

VI designar sampolymerer själva för att få:

• Bättre egenskaper på polymererna

• Ökad hållfasthet och dimensionsstabilitet

• Polymeren stelnar inte direkt vid kontakt med luft

• Härdning med UV-ljus (snabb behandlingsgång)

• Minskad temperaturkänslighet

Det finns fyra typer av sampolymerer:

1. Alternerande: Monomererna förekommer som varannan monomer i polymerkedjan, -ABABABAB-

2. Slumpvis: Finns ingen ordning i hur monomererna förekommer, -AABABBABBB-

3. Block: Monomererna förekommer i stora block längs med kedjan, -AAABBBAAABBB-

4. Grenade sampolymerer: En monomer har en annan monomer bunden till sig i grenar

Förklara varför det anges ett medelvärde då man talar om den totala molekylvikten för syntetiska polymerer?

En polymer är makromolekyl som består av flera olika komponenter. Komponenterna kan variera i sin kedjelängd och vikt. Därför vill man få en genomsnittlig vikt för den genomsnittliga kedjan i polymeren (Mw). Det är också relevant att få fram ett genomsnittligt värde på antal repeterande monomerer (Mn)

Man använder oftast Mw pga det tar hänsyn till stora polymerkedjor och inte påverkas lika mycket av restmonomerhalten.

Utveckla mekaniska egenskaper för deformation och återhämtning vad gäller plastisk töjning, elastisk töjning. och viskoelastisk töjning.

-Plastisk töjning: vid belastning sker en deformation som kvarstår efter avlägsnandet av den belastningen.

-Elastisk töjning: vid belastning sker en deformation men vid avlägsnande av belastningen återgår materialet till sitt ursprungliga läge. Materialet återhämtar sig.

-Viskoelastisk töjning: kombination av elastisk + plastisk töjning.

Belastning under kort tid leder till elastisk töjning (avtrycksmaterial som inte får stelna innan vi tar ut det).

Belastning under lång tid leder till en återhämtning av den elastiska töjningen efter avlägsnandet av belastningen, men en viskös töjning återstår (avtrycksmaterial som får stelna och får plastisk deformation, men som samtidigt är elastiskt om vi trycker lite på det)

Vad är det för skillnad mellan elastomerer och plaster?

Plaster – polymerbaserat material med begränsad töjbarhet.

Delas in i termoplaster (reversibel) och härdplaster (irreversibel).

Elastomerer – polymerbaserat material med stor elastisk töjbarhet.

Delas in i gummi och termoelaster.

Protesbasmaterial- oönskade egenskaper

Problem kan uppstå, vilket ofta är relaterade till polymeriseringstekniker.

Beskriv 3 typiska problem och ange trolig orsak till respektive problem.

1. Materialet krymper - vid polymerisationen, större vid injiceringsteknik jmf pressning → kompenseras med expanderande gips som ger större protesbas

2. Blåsbildning - pga att man inte haft tillräckligt med tryck i kyvetten vid pressning → kompenseras genom att öka trycket i kyvetten

3. Crazing - sprickor i protesen som uppstår om man utsätter den för kemikalier (alkohol/starka rengöringsmedel/kallpolymerisation) eller höga temperaturer → be pat att rengöra m. diskmedel/protestandkräm

Vad svarar du på frågan om varför tandläkare bör ha kunskap om polymerlära?

• För att veta hur man ska arbeta med materialet på rätt sätt.

• Använda mateiral med bra hållfasthet

• Kunna göra rätt val av material för rätt konstruktion

• Ha kännedom om allergiriskerna

A). I diagrammet kan man utläsa två olika mekaniska egenskaper. Vilka mekaniska egenskaper?

B) vilken typ av polymer avser respektive linje?

C) vad är utmärkande för respektive polymer (med avseende på specifika värme-egenskaper)?

Skärmavbild 2016-11-02 kl. 12.44.23.png

A)

1= styvhet, dvs motstånd mot elastisk deformation

2= seghet/duktilitet , dvs förmåga att deformera plastiskt innan brott

B)

1= härdplast (tvärbunden)

2= termoplast (linjär/förgrenad)

C)

1= Härdplaster (epoxi, akrylat)

• Tvärbundna, hårdare och styvare material, vilket innebär att det har ingen smältpunkt och tål höga/låga temperaturer.

• Dom kan inte mjukas upp vid uppvärmning, de förkolnar istället

• När man värmt dom har dom alltså stelnat permanent

2= Termoplaster (PET, guttaperka)

• Linjära eller förgrenade polymerer

• De linjära har en lägre smälttemperatur än förgrenade

• De smälter och blir mjukare vid högre temp

• Vid avkylning stelnar de igen, vid återuppvärmning så mjuknar den (reversibel).

Hur skulle du designa en dental polymer som ska fungera som en vit fyllning?

A. utveckla ditt svar med avseende på polymerkedja och molekylvikt. Tag med i beaktan fördelar och nackdelar.

B. Resonera kring ev additiv och varför/ varför inte/ additiv?

a)

• Jag behöver framställa en plast med polymer och tillsatts (additiv).

• Fyllningen ska bestå av härdplast efter härdning

• Dvs tvärbundna polymerkedjor med kovalenta bindningar som ger hög hårdhet.

• Detta kräver ett material som är kemiskt stabilt för att funka i munnen, är lätt att arbeta med och som är hårt men inte skört

+ Tvärbindningarna leder till bättre mekaniska och fysikaliska egenskaper, såsom ökad styvhet, hårdhet och att materialet tål höga temperaturer

- Härdplaster är spröda och hård vilket göra att de får brott i sig när belastningen blir för stor

b) Additiv är en tillsats till polymerer och kan användas pga:

1. Förbättrar egenskaper hos polymeren

2. Fillerpartiklar gör polymeren mer stabil

3. Initiatorer kan starta härdningen (polymerisationen) av fyllningen

4. Inhibitorer förhindra tidig härdning = förlänger arbets+förvaringstid

5. Stabilisatorer försvårar nedbrytning av polymeren

6. Färgämnen gör att fyllningen ser bra ut

7. Mjukgörare gör att polymeren/fyllningen blir lättare att forma.

Man kan överväga att inte använda additiv pga:

1. Allergogent - kan framkalla allergisk reaktion när additiv och ohärdat material läcker ut

2. Kan vara toxiskt - mjukgörare

>

a) Vad menar man med ett ”additiv”?

b) Vad kallar man ett additiv som hydrokinon?

c) Vilka två uppgifter har hydrokinon?

1. En tillsats för att förbättra egenskaper hos polymeren

2. Inhibitor - förhindrar för tidig härdning

3. Förlänger arbetstiden + förvaringstiden

Vilka är fördelarna med att tillsätta inhibitorer i dentala polymerer?

1. Förhindrar för tidig härdning av polymerer - ökar arbetstid

2. Gör att vi kan förvara polymeren längre

>

Vilken roll har O2 som en hämmare/inhibitor?

• Fria radikaler vid polymerisation reagerar gärna med syre

• Då mättas de fria radikalerna och förhindrar att reagera med monomererna

• Då kommer alltså polymerisationen hämmas

Vilka mekanismer är ansvariga för inhibering av polymerisationen?

Orenheter som binder till fria radikaler → förhindrar polymerisation

What are the main benefits and drawbacks of denture base resins cured by a chemical-activation (kallpolymerisation) process compared with those that are heat-activated (varmpolymerisation)?

Fördelar vid kallpolymerisation

• Går fortare att polymerisera än varmpolymerisation - KORT PROCESSTID

• Behöver inte värmas upp

Nackdelar

• Krymper MER (ca 7% jmfr med varmpolym. som är 5%) → ökad risk för sprickor (crazing)

• Ger FLER restmonomerer än varmpolymerisation → allergirisk

• Risk för missfärgningar - sämre förmåga att behålla färg än varmpolymeriserad

• Kräver tillsats av initiator för att starta polymerisationen

Glasomvandlingstemperatur: Vilken förkortning används samt definera begreppet.

Tg,

Den temperatur vid uppvärmning där polymerkedjorna börjar röra sig i förhållande till varandra. Materialet böjer sig under sin egen tyngd, har stor betydelse för användningstemperaturen (så material inte smälter).

A. Rita ett diagram som visar hur 3 olika polymerers egenskaper förändras med ökad molekylvikt och beskriv vad x- och y-axlarna betyder.

B) Märk ut de olika polymerkedjorna med namn.

C) Vilka egenskaper är det som förändras?

Rita en enkel figur som visar förhållandet mellan de 3 vanligaste polymerkedjorna samt namnge kedjorna.

X-axel = molekylvikt

Y-axel = egenskaper

C) Fysikaliska och mekaniska egenskaper förändras.

Styvhet, hårdhet och smälttemperatur ökar med kedjelängd och molekylvikten eftersom de kommer trassla in sig mer i varandra.

Tänk dig skål med lång spaghetti som trasslar ihop sig jämfört med spaghetti som du delat i mitten som inte trasslar sig.

Hög molekylvikt leder till ökat antal sekundära bindningar och större bindning mellan polymerkedjorna, dvs ökad kohesion.

Termoplaster är amorfa och/ eller delkristallina. En ökad kristallinitet medför både positiva och negativa effekter. Förklara vilka positiva respektive negativa effekter en ökad kristallinitet kan medföra.

Fördelar:

1. Ökad styvhet

2. Ökad hårdhet

3. Smälttemperatur ökar

4. Löses inte ut i lösningsmedel

5. Tål högre temperatur

Nackdelar:

1. Ökad sprödhet pga kan inte deformera plastiskt

2. Mindre flexibelt

3. Kan inte värmas och mjukas upp och därmed kan de inte återanvändas

Beskriv härdplastens ”kliniska fördelar” jämfört med termoplast.

• Kan inte smältas (tvärbindningarna förhindrar separation av kedjorna och fördröjer därmed upplösning)

• Kan ej lösas upp i lösningsmedel

• Tål högre temperaturer

• Högre abrasionsresistans än termoplaster

• Mer dimensionsstabila

Varför tillsätts mjukgörare i polymerer? Vad har det för positiva och negativa konsekvenser?

Positivt

• Sänker smälttemperaturen och gör materialet mer lättbearbetat

• Minskar kristalliniteten genom att separera kedjorna.

Negativt:

• Kan lösas ut och ger då ett hårt och sprött material

• Materialet blir då mer svårbearbetat

• Samt risk för allergisk reaktion när mjukgörande ämnet läcker ut

Man talar om polymerers grundläggande drag, vilka egenskaper hos polymerer är av stor betydelse för dess egenskaper?

Polymerer är mycket stora makromolekyler med kedjelika molekylstrukturer vilka kan anta praktiskt taget obegränsad konfigurationer och konformationer

Kedjelängd, förgrening och tvärbindning och deras interna organisation är avgörande för polymerers egenskaper.

Konstitution = vad kedjan består av kemiskt, vilka monomerer som ingår i polymerkedjan

Konfiguration = hur ser kedjan ut i rymden, linjär/förgrenad/tvärbunden, tvärbundna är starkare pga kovalenta bindningar

Konformation = hur kedjan kan vrida och vända på sig.

Vilka mekaniska och fysikaliska egenskaper förändras då polymererna molekylvikt ökar?

Polymerens egenskaper avgörs av:

• kedjans längd

• kedjeförgreningar

• tvärbindningar

Egenskaper som ökar

• styvhet

• hårdhet

• smälttemperatur

ökad molekylvikt → längre polymerkedjor → mer intrassling och ökat antal sekundära bindningar → ökad kohesion

(Det blir svårare att separera kedjorna, så hög molekylvikt leder till större bindning mellan polymerkedjorna→starkare polymerer )

Metakrylatpolymerer har flertal bra egenskaper som krävs för användning i munhålan. Nämn 6 egenskaper som Du ställer som krav vad gäller en dental polymer

1. Biokompabilitet

2. Hårda men inte spröda - ska inte gå sönder om vi tappar dom

3. Lätta att arbeta med

4. Estetiska

5. Kemiskt stabila i munnen och vid förvaring

6. Ekonomiska och miljömässigt godtagbara

Om man vill påverka en polymers egenskaper så kan man tillsätta ett..

A. vad är samlingsnamnet på det man tillsätter?

B) Nämn 4 olika sådana medel

Additiv (A) är en tillsats till polymerer och kan användas pga (B):

1. Förbättrar egenskaper hos polymeren

2. Fillerpartiklar gör polymeren mer stabil

3. Initiatorer kan starta härdningen (polymerisationen) av fyllningen

4. Inhibitor (ex hydrokinon) förhindrar för tidig härdning

5. Stabilisatorer försvårar nedbrytning av polymeren

6. Färgämnen gör att fyllningen ser bra ut

7. Mjukgörare gör att polymeren blir lättare att forma .

Vid arbete med polymerer så är det viktigt att veta när materialet övergår från fast ämne och blir mjukt. Vad kallas denna benämning och hur förkortas den?

Glastransitions(omvandlings)temperatur, Tg.

Protesbasmaterial-

A. är risken för ”avvikande reaktioner” vid användnandet av varm- respektive kallpolymeriserade akrylater ”samma” eller är de ”olika”? Förklara.

B. Beskriv vad som kan hända vad gäller ”avvikande reaktioner” och hur det kan avhjälpas innan det händer.

A: OLIKA,

• krympning av materialet är STÖRRE vid kallpolymerisation

• FLER restmonomrer vid kallpolymerisation

B:Materialet krymper → använd expanderande gips

Blåsbildning → använd högre tryck i kyvetten

Crazing → be pat rengöra med diskmedel/protestandkräm (inte starka kemikalier)

Ge exempel på 3 olika molekylära strukturer hos polymerer samt ange deras egenskaper.

Linjär kedja = rör sig lätt, som en skål med kokt spaghett.

Lägre mjukningstemp (Tg).

Förgrenad kedja (lång- och kort, ex termoplast)

Mindre effektiv packning pga. förgreningarna → mindre densitet.

→ (lägre smältpunkt?) och styrka.

Tvärbunden (förnätad/nätverkspolymerer, ex härdplast)

- Har kovalenta bindningar mellan kedjorna -> hindrar kedjorna att röra sig förbi varandra -> mindre flexibelt material men ökad hållfasthet.

Hårdare polymer som tål högre temperatur -> smälter inte och kan inte lösas upp i lösningsmedel

Kan också rita diagrammet med tre linjer!

Med ökad molekylvikt så förändras… vad?

Fysikaliska och mekaniska egenskaper förändras.

• Styvhet, hårdhet och smälttemperatur ökar med kedjelängd och molekylvikten eftersom de kommer trassla in sig mer i varandra.

• Tänk dig skål med lång spaghetti som trasslar ihop sig jämfört med spaghetti som du delat i mitten som inte trasslar sig.

• Hög molekylvikt leder till ökat antal sekundära bindningar och större bindning mellan polymerkedjorna, dvs ökad kohesion.

Tg är ett central begrepp inom polymerlära, vad står det för och hur definieras det?

-Nämn 3 saker som Tg påverkas av.

- -Glastransitions(omvandlings)temperatur (Tg) = när polymeren övergår från fast till flytande form

-den temperatur där polymerkedjorna börjar röra sig gentemot varandra. Polymeren böjer sig under sin egen tyngd.

1. Kohesion- Hur polymerer är bundna till varann, tvärbundna har högre Tg pga starkare bindningar

2. Molekylvikten - Med ökad molekylvikt så förändras glastransitionstemperatur (Tg

3. Kristallinitet - ju högre kristallinitet desto högre smältpunkt

(Mjukgörare(osäker) - försvagar de intermolekylära bindningarna och minskar Tg )

Det finns 3 formförändringar, begrepp inom polymerlära som är viktiga att veta innebörden av hur ett material uppträder. Definiera dessa begrepp.

Elastisicitet: återgår till sin tidigare form efter belastning upphör

Plasticitet: bestående formförändring efter belastningen upphört

Viskoelasticitet: både viskös och elastisk formförändring,

vid kortvarig belastning → elastisk deformation,

vid långvarig → elastisk som återgår men kvarstående plastisk

Vilken plast används för tillverkning av plasttänder och vad är det som är så speciellt med dess polymerkedja?

Poly - metyl - met - akrylat (PMMA)

Den har tvärbindningar → ger ökad styvhet, hårdhet, smälttemperatur, kan inte lösas upp i lösningsmedel

Samt fillerpartiklar → ger polymeren mer stabilitet

PMMA blandas med MMA och gör att man får en degliknande massa.

När du exempelvis skall polymerisera ett fyllningsmaterial i komposit använder du ett blått ljus. Förklara varför ljuset har en blå färg.

Dessa frågor är från omtenta VT-12 och verkar mer vara relaterade till kursen vi läste på termin 5, därför besvaras de inte just här

I följande enaxiellt dragprov har följande spänning-töjningsdiagram erhållits.

A. Hur mycket är den maximala elastiska töjningen.

B. Hur mycket är den maximala plastiska töjningen.

C. Vilket område i grafen representerar ”yielding”

D. Vilket område representerar ”strain hardening”

E. Hur mycket kan materialet hårdna? Ange i MPa

Skärmavbild 2016-11-02 kl. 18.51.22.png

A: 0.02 (x-axeln)

B: 0.08 (x-axeln)

C: Där den proportionella linjen ändras, sträckgränsen (inringade “C”)

D: Området : Sträckgränsen(yield=C) - Max. plastisk töjning (B)

E: 100 MPa, dvs precis innan brottgränsen uppnås

Traditionella glasjonomerer är ett vattenbaserat material helt utan akrylatinnehåll. En viktig fördel är att materialet frisätter fluor. Nämn 3 nackdelar med detta fyllningsmaterial jämfört med komposit.

-----

Biomaterial och biokompatibilitet är centrala begrepp inom odontologiska material. Förklara/ definiera begreppen samt ange 4 exempel på odontologiska material som relateras till detta.

-----

A. Gör en enkel skiss och förklara termerna för begrepp som ingår i ”vätbarhet av en yta”.

B. B) vad vill man uppnå och hur uppnås det?

C. Vilka typer av problem kan uppstå i samband med adhesion?

----

Metaller PS - Per Svanborg

Vilka faktorer i den orala miljön påskyndar korrosion av metalliska konstruktioner?

1. Lågt pH värde

2. Liten mängd syre (låg potential)

3. Hög temperatur

4. Kloridjoner som förhindrar att oxidskiktet på CoCr återbildas

5. Två konstruktioner med olika grad av ädelhet, som ligger nära varandra, exempelvis amalgam i ök och guld i uk

>

Varför beror duktiliteten hos en ren metall på dess kristallsstruktur?

Ju fler atomer man har i en enhetscell desto fler riktningar (glidplan) kan atomen röra sig i

Det finns alltså fler platser att hoppa till (dislokationer).

Detta eftersom kristallgittret har hålrum i sig och inte är perfekt.

Om en atom kan byta plats med en annan så kan den plastisk deformeras → är mer duktil.

Enhetscell av typen f.c.c. är mer duktil (kan deformera plastiskt mer innan brott) pga den har fler glidplan och tillåter mer dislokationer (atomer kan röra sig i flera riktningar).

Vad menas med att metaller är kristallina?

Att atomerna sitter på bestämda platser i ordnade kristallgitter.

Kristallstrukturer (enhetsceller) i odontologin: bcc, fcc, hcp

Varför har legeringar ingen smältpunkt?

• Eftersom legeringar består av blandning av två eller fler olika metaller

• Metallerna i legeringen kommer ha olika smältpunkt

• När de blandas får man då ett smältintervall istället

• Fasdiagram kan då användas för att se hur smältintervallet påverkas av hur man blandat sin legering

• Mycket av metall A (finkornbildare) i en legering leder till ett högre smältintervall än om den innehåller mycket av metall B som har lägre smälttemperatur

Varför är de observerade hållfasthetsvärdena hos en metall alltid lägre än de teoretiska värdena?

• Pga dislokationer, det är lättare att plastiskt deformera ett material om det finns dislokationer

• Och vi har ju alltid dislokationer i våra gitter.

• Dislokationerna bildas vid stelning av smältan.

Vilka är för och nackdelarna för olika typer av legeringar som används till metallkeramik?

Legeringssystem till metallkeramik- konstruktioner kan delas in i två stora grupper:

• ädla legeringar

• oädla

ÄDLA

Palladium- silver

• Billig, hög e-modul, bra motstånd mot sag, bra korrosionsmotstånd

• Missfärgningar+allergirisk när man legerar palladium med silver.

OÄDLA

Kobolt-krom:

• Har hög e-modul → gör att man kan minska dimensionerna.

• Gott korrosionsmotstånd

• Mindre risk för “sag”

• Jobbiga att slipa i

Titan:

• Hög smälttemperatur → liten risk för sag

• God biokompatibilitet

• Korrosionsmotstånd pga titanoxid

• De är lätta i vikt

• Väldigt reaktivt med syre (teknikkänsligt, kräver argongas)

• Sämre korrosionsmotstånd i B-fas.

• Måste använda annat ytporslin

Vad är skillnaden på additiv och subtraktiv framställning?

Additiv framställning: man adderar ihop.

• Bygga upp en konstruktion via olika lager/skikt mha pulver och ex laserstrålning eller 3D.

• Till att börja med ska man bestämma i vilken riktning man vill bygga upp konstruktionen.

• Sedan tillsätts pulvret i lager, där varje lager lasras med en laserstrålning.

• Stödben byggs även upp och kapas sen av när man sintrat/printat färdigt.

Subtraktiv framställning: man subtraherar från något

• Istället för att bygga upp en konstruktion så fräser man fram den ur ett block.

• Här använder man sig utav nesting vilket innebär att konstruktionerna är kopplade via “armar” i blocket, dvs man har flera konstruktioner på ett block.

• Stödben behövs därför inte.

>

Vilken typ av bindning kontrollerar egenskaperna hos en gjuten legering? Beskriv.

Vad är metallbindning och vilka egenskaper ger den metallen?

Metallbindningar

• Atomer släpper sina valenselektroner och blir till positiva joner med elektronmoln runt sig

• Atomerna ordnar sig sen i ett kristallgitter

• Elektronmolnet delas av alla metalljonerna och ger bindningskrafterna mellan metalljonerna

• Elektronmolnet har rörlighet → el (kablar) och värme (stekpanna) kan ledas genom metallen

• Elektronmolnet gör också att vi kan polera metallen så den blir blank och fin

• Ger metallen formbara egenskaper - kan värmebehandla metallen så den återgår till ursprungsformen (tänk pantburkar)

• Gör att metallen kan plastiskt deformera

Varför minskar kornstorleken på en gjuten legering när avkylningen och solidifieringsprocessen ökar?

När en smälta stelnar bildas kärnor som kommer växa ihop och bilda korn när de möts i gränszonerna. För att kärnorna ska växa krävs en minsta radie.

Kyler vi smältan snabbt → kärnorna behöver mindre radie för att växa eftersom man har ökat energiskillnadenmellan flytande - fast fas (E1) genom ökad kylning och när energi skillnaden mellan fast-flytande blir större än de reaktiva kärnornas ytenergi (E2), alltså E1>E2, blir kornen mer stabila (lugnar ner sig och slutar ta självmord och växer ) → vi får fler och mindre korn

Korn innehåller kristallgitter, som består av enhetsceller, som är uppbyggda av atomer

Varför kräver en stor bro en legering med hög E-modul?

• Hög e-modul= styvare material = mindre elasticitet

• En stor bro med flera led utsätts för höga krafter och måste vara tillräckligt styv för att inte gå sönder lätt.

• Vi vill inte ha svikt i vår bro. Om vi har svikt kommer porslinet att spricka.

• Då kommer bron att ha en bättre överlevnad om det är gjort av material med hög e-modul ex med ett göt i Co-Cr.

Vilken roll har krom för i de flesta basmetall-legeringar?

• Hämmar korrosion (passiverar materialet) genom att bilda ett oxidskikt

• Passivfilm = oxidskikt som förhindrar ytterligare korrosion.

Vilka typer av elektrokemisk korrosion är möjliga för dentala metalliska konstruktioner? Nämn och förklara.

Beskriv olika korrosionstyper

Vad är bimetallkorrosion/mikrogalvanisk osv?

1.Allmännkorrosion

Både anod och katodreaktionerna sker på metallen.

Platserna för anod och katodreaktionerna är små zoner som hela tiden flyttar sig slumpmässigt.

Resultatet blir att korrosionen är jämn och fördelad över hela metallens yta.

2. Mikrogalvanisk korrosion

Sker mellan två metaller som är i en legering eller lösta i varandra, ex i en krona.

Det är en galvanisk korrosion som beror på heterogen sammansättning av materialet, dvs eutektisk legering eller pga segringar.

Segring utgör alltså en risk för mikrogalvanisk korrosion medans homogenisering minskar risken för korrosion genom att utjämna koncentrationsskillnaderna

3. Koncentrationscellskorrosion, det finns 3 typer

• Spaltkorrosion:

En koncentrationscellskorrosion som sker i smala spalter, ex kronskarvar.

I saliv har vi syre, men när vi kommer ner i en smal spalt kommer inte syret ner där. Då det blir lägre syrehalt i spalten, potentialen blir lägre och anoden bildas i spalten medans katoden bildas utanför. Metallen i spalten upplöses.

• Avlagringskorrosion

Samma som vid spaltkorrosion men sker på område under avlagring, så som plack. Syre kommer inte in.

• Gropfrätning

Som vid spaltkorrosion. Man har lägre syrehalt i små gropar eller repor, exempelvis dåligt putsade metaller eller kloridjoner som angriper konstruktioner med krom i sig, ex koboltkrom.

4. Spänningskorrosion:

En metall som kallbearbetats (deformerats genom att man bankar på det) kommer ha områden som är mycket deformerade (hög energi, anod) och opåverkade områden med låg energi (katod).

Då bildas en anod-katod reaktion mellan områdena och vi får korrosion

5. Bimetallcellskorrosion

Sker mellan två metaller som inte är i legering eller lösta i varandra, ex 2 kronor

Uppstår när 2 olika ädla metaller kommer i kontakt i elektriskt ledande vätska (saliv)

Den mindre ädla metallen (amalgam i ök) kommer att bli anod och korrodera när den möter den ädla metallen (guld i uk)

Det finns 4 sätt att härda en legering/metall, vilka? samt förklara hur det går till.

1.Korngränshärdning

Man får mindre korn och således också fler korngränser, vilket innebär att dislokationer stoppas där

Kan fås genom snabb kylning av smälta eftersom vi får fler kärnor då → fler korn

Eller genom tillsats av finkornbildare → bildar korn tidigt vid stelning av smältan

2.Utskiljningshärdning (inte för rena metaller)

• Vi har ett heterogent korn dvs

• En legering där ena metallens atomer (koppar) lägger sig på ett utspritt sätt i gittret

• Värmebehandlar legeringen → atomerna klumpar ihop sig, dvs det sker diffusion, atomerna skiljs ut, och bildar stora partiklar

• Dessa stora partiklar kommer då förhindra dislokationer → ökad hållfasthet i materialet

-

3. Lösningshärdning (inte för rena metaller)

Man legerar in ett annat atomslag

Legeringsämnets atomer sätter sig i kristallgittret interstitiellt och/eller substitutionellt vilket gör att kristallgittret bättre kan motstå dislokationer.

Detta eftersom substitionella/interstitiella atomerna utövar ett tryck på området runtom sig och försvårar dislokationer.

4. Kallbearbetning/Deformationshärdning

Härdning genom att man deformerar metallen genom kallbearbetning.

Ex man bankar på metallen och den blir hårdare.

Deformeringen som utförs gör så att dislokationerna i metallen trycks ut mot korngränserna

Vilket gör att det krävs större energi för att få ytterligare plastisk deformation (dislokationer) = ökad sträckgräns

Vad är en enhetscell?

• Enhetscell = den minsta byggklossen i ett kristallgitter, det minsta återupprepade mönstret

• Enhetscellen består av atomer

• I odontologi har metallen oftast enhetscellen fcc, bcc eller hcp

• Typen av enhetscell påverkar metallens elasticitet, termisk expansion, motstånd mot plastisk deform.

- - Ju fler atomer i enhetscellen → ju mer plastisk deformation innan brott

- Dvs mer duktilt pga att atomerna kan röra sig i flera riktningar då

FCC = 5 atom på varje sida - mest rörlig, ex koppar

BCC = 4 atomer på varje sida - mindre rörlig

HCP = minst rörlig, 7 atomer på toppen (gråa pluttar) och 3 atomer under (genomskinliga), ex kobolt

Vad är segringar och varför vill man undvika dem?

Segring är ansamlingar av metaller på olika ställen med olika smältpunkter, man får heterogena korn.

Det första materialet som stelnar i kornetskärna är rik på metallen som har högsta smältpunkten. Det sist stelnade materialet nära korngränsen är rikt på metallen med lägre smältpunkt.

Segring utgör en risk för mikrogalvanisk korrosion och därför vill man undvika dom.

Segring minimeras genom långsam kylning eller homogenisering som då utjämnar koncentrationsskillnaderna genom att atomerna kan utföra diffusion.

Vad är passivering?

Vid passivering legerar man en metall med en annan metall, ex kobolt med krom

Man får ett skyddande oxidskikt på ytan som stannar och metallen under skyddas då från korrosion.

• Metaller som är passiverbara är: Krom, aluminium, titan och stål.

Vilka krav bör man ställa på en legering?

· 1. Passformen: Dom ska passa bra, bättre passform vid hög gjuttemp och hög densitet (jämför guld med titan)

· 2. Dimensioneringen: Hållfastheten ska vara tillräckligt bra för att vi ska kunna dimensionera konstruktionen så liten som möjligt. Vi ska ha hög e-modul för att kunna dimensionerna dom tillräckligt stora utan att dom bryter.

· 3. Porslinsbindning (vid MK)

• TEK - Metall TEK>Porslin TEK -> utvidgning av metall ger tryck mot porslin - porslin hålls kvar

• Mikromekaniska underskär/ytråhet på metall- porslin flyter in i hålrum

• Oxidbildning - Bindning mellan porslin och metall,

• Kylning - om porslinet behöver långsam eller snabb avkylning

· 4. Biokompatibel

Koboltkrom baserade legeringar för MK-teknik har hög e-modul, vad har det för praktisk betydelse för dig när du utformar konstruktionen?

1. Vi kan minska dimensionerna utan att konstruktionen bryts.

2. Risken för elastisk deformation (svikt) blir mindre → mindre risk att porslinet fraturerar, eftersom porslin inte tillåter mycket elastisk deformation

Vad avgör om en metall är löslig med en annan metall?

• Atomernas radie

• Kristallstruktur

• Kemisk affinitet

• Valenselektronernas antal

Varför vill man undvika segringar?

Segringar ökar risken för mikrogalvanisk korrosion.

Detta pga du får en ansamling av metall med hög smälttemperatur i kornets kärna och metall med låg smälttemperatur vid korngränsen → heterogent korn

Förklara korngränshärdning.

Genom att åstadkomma många korngränser dvs små korn begränsas dislokationernas rörlighet. Detta eftersom dislokationer bara kan röra sig inom korn och inte över korngränserna. Det krävs stora krafter för att deformera kornen. Därmed blir hållfastheten hög och duktiliteten ökar. Man kan åstadkomma detta genom två sätt:

1. Kyla ner smältan snabbt

2. Tillsats av finkornsbildare

Varför vill man undvika repor på synligt metall?

För att undvika att få koncentratonscellskorrossion (gropfrätning)

Finns repor på metallen → lägre syrehalt där → blir en anod i repan → gropfrätning

Varför kan man inte använda samma ytporslin till en titanhätta och en likadan hätat i kobolt-krom?

1. Titan har lägre TEK än Co-Cr → kräver annan metall

2. Titan riskerar fasomvandlas över 883 grader (alfa → beta)

3. Vi vill inte få för tjocka oxidlager → Lossnar från titan → sämre porslinsbindning

Keramer VNS - Veronika Norström Saarva

Fast vi hade Malin Pettersson (MP), tveksamt vem som skriver våra frågor

Vid inprovning av en keramisk krona på en patient blir du tvungen att justera en för hård ocklusal kontaktpunkt. Vad gör du och hur går du till väga dvs. vad är viktigt att tänka på i ett sådant här läge och varför?

Keramer är spänningskänsliga, spröda och avleder värme dåligt.

Detta innebär att sprickor kan bildas enklare.

• För att hindra keramen från att bli för varm gäller det att kyla ordentligt

• Det hjälper även att arbeta intermittent

• Och använda fina diamanter som inte ger spår i keramen där det kan blidas sprickor

• Ha lätt tryck

Då keramer är hårda kan skador på tänder i motsvarande bett ske.

• Därför bör man polera ytan efter justering av kontaktpunkten för att minska råheten som bildats och minska risk för sprickbildning

Zirkonia är en keram som har en speciell sprickhämningsmekanism, vad kallas denna? Förklara i stora drag hur sprickhämningsmekanismen fungerar och vad den har för effekt på materialets hållfasthet.

Transformation toughening är en förstäkningsmekanism som förekommer hos en specifik dental keram. Vilken och hur fungerar denna förstärkningsmekanism. Förklara.

• Sprickhämningsmekanismen kallas för transformationshärdning.

• Y-TZP är en sorts zirkonia som innehåller tillsattsämnet yttrea.

• Yttrea gör så att kristallerna i keramet har en tetragonal fas i rumstemperatur.

• Vid bildning av en spricka kommer de närmaste kristallerna att få en förvandling då den tetragonala fasen övergår till en monoklin fas.

• Detta medför en volymförändring.

• Den monoklina fasen orsakar nämligen en ökad volym som leder till att spricktillväxten hindras då den pressar mot sprickan (likt krockkudde)

• Detta är anledningen till att zirkonia har en frakturseghet som hindrar ytterligare spricktillväxt.

Redovisa två typiska egenskaper för dentala keramer, beskriv även om det är positiva eller negativa egenskaper utifrån vårt odontologiska synsätt och varför.

• Motstånd mot slitage

• Biokompatibla - mindre plackansamling på dom och mer inerta

• Spänningskänslig och sprött → risk för sprickor, särskilt som ytporslin

• Sliter mot motstående käkes tand (antagonisten) pga hårdheten

Nämn två sätt att förstärka dentala keramer.

1. Förstärka själva keramen genom att tillsätta olika ämnen, leucitkristaller → microcrack toughening genom trycksköldar

2. Ha stark, frakturresistent understruktur, ha en metall som kärna vid mk

3. Använda adhesiv cementering – bondad keramik, ger en stark enhet via mikromekanisk retention + silan

Rangordna följande keramtyper efter deras frakturseghet, ange högst till lägst: fältspatsporslin, zirkoniumdioxid, litiumdisilikat, leucitförstärkt glaskeram, dialuminiumtrioxid (alumina), dentalt glas.

Frakturseghet (högst till lägst)

• Zirkoniumdioxid (låg andel skelettfrakturer som kärnmaterial)

• Alumina (Dialuminiumtrioxid)

• Litiumdisilikat (“e-max)

• Leucitförstärkt glaskeram (“empress”)

• Fältspatsporslin (därför vi ofta får sprickor i ytporslin)

• Dentalt glas (har inga kristaller i sig)

Dentalt porslin och dental glaskeram skiljer sig flera avseenden från varandra. Vilka – redovisa och förklara.

En glaskeram har till skillnad från dentalt porslin:

• Högre kristall andel (40/70 % beroende på 1a/2a generationen)

• Högre hållfasthet pga. högre kristallandel

• Annan processteknik. Dentalt porslin sintras medan glaskeramer kan pressas och framställas i CAD/CAM

• Glaskeramer har lägre möjlighet för estetisk individualisering iom att dentalt porslin kan sintras i olika färger och lager.

• Glaskeramerna är mer opaka (släpper inte genom ljus) pga kristallerna och kan på så sätt vara mindre estetiskt passande i fronten

Vad är det som gör att ytporslinet sitter fast på metalldelen i en MK-konstruktion? Förklara.

1. Oxidbindningen: Behandlar metall --> får ett oxidskikt som man bygger porslin på

1. TEK: Metallen har större termisk utvidgningskoefficient än porslinet --> metallen utvidgar sig mer än porslin när det värms upp --> bildas tryck mot porslinet → metallen får starkare bindning mot porslinet då

1. Ytråheten: Rå metallyta med små hålrum som porslin kan flyta in och binda till

Hur är hållfastheten hos en treledsbro med en polerad och glansbränd ytkeram jämfört med en bro som högglanspolerats men inte glansbränts?

Ingen skillnad

Lättare att efter inslipning och polering återfå ytan hos en högglanspolerad keram → mindre defekter → mindre risk för sprickor

Vi tänker oss att du ska göra en helkeramisk krona. Nämn tre faktorer i samband med prepartion och design av kronan som är av betydelse för hållfastheten.

1. Tydlig prepgräns

2. Inga skarpa hörn och kanter

3. Använd fina diamanter, vattenkylning, slipa intermittent, polera upp

4. Anatomiskt utformad preparation med understött ytporslin

Definiera begreppet frakturseghet hos en keram.

• Ett mått på en kerams förmåga att motverka ytterligare spricktillväxt

• Frakturseghet är ett av de viktigaste måtten på hur hållfast en keram är då sprickor är det vanligaste problemet med keramer

>

Varför uppkommer sprickor i dentala keramer. Förklara olika tänkbara orsaker till deras uppkomst.

1. Dålig värmeavledning - kan inte avleda värme som uppstår vid framställning/funktion i munnen → bildas sprickor istället

2. Kan inte jämna ut spänningsskillnader - då kommer spänningarna leda till sprickor

3. Olika andel kristaller - porslin har mindre kristallandel och därför mindre motståndskraftig mot sprickor, jämför med zirkonia med transformationshärdning

4. Vid slipning med grovkorniga diamanter kan man få spår i keramen och sprickor bildas sen i dessa spår

5. Dålig design - dvs skarpa hörn och kanter ger upphov till spänningar och sprickor

Vad är en keram?

• Ett oorganiskt, icke-metalliskt material som resultat av en högtemperaturreaktion.

• Det är kemiskt en förening mellan en metall och icke-metall (syre, kol, kväve).

Vad bör man tänka på när man slipar i keramiska material och varför?

• Ju mer man arbetar ju mer defekter blir det → Skapas spänningar runt defekterna → arbeta intermittent

• Även ytdefekter är vanliga, därför polering och glansbränning är viktigt.

• Keramer kan inte själva utjämna spänningskoncentrationer

• Keramer har dålig värmeavledning → vattenkylning

• När vi slipar i keram så ska vi alltid ha finkorniga diamanter

• Lätt tryck

• Skarpa hörn och kanter ska undvikas, då de ger en ökad spänning

Redovisa och förklara sprickinitiering och sprickutveckling i keramer. Belys frågan ur olika aspekter.

När en spricka uppstå kan den, i keramer, utvecklas i förhållande till:

1. Microcrack toughening (trycksköldar) - porslin+leucitförstärkt glaskeram - en förstärkt keram med leucit kristaller skapar tryck i glasmatrisen → spänning påverkar spricka → spricka avstannar (Leucitkristall TEK>Glasmatrisen)

2. Crack Tip Interaction (avledning) - alumina - keramer utan leucit kristaller→ sprickan krockar med kristaller → ändrar riktning o går runt kristaller → långsam spricktillväxt

3. Transformationshärdning (volymsökning) - zirkonia -

   
   

   Stabiliserat zirkonia i tetragonalfas (Y-TZP) får en spricka/spänning som tillför energi och omvandlar tetragonala molekyler till monoklina → volymsökning→ som små krockkuddar som hindrar spricktillväxt

Glaskeramer enligt 1a och 2a generationen uppvisar såväl likheter som olikheter. Redovisa och förklara dessa.

• Båda är silikatbaserade och innehåller kristaller

• Kristallandel - 40% i 1a gen leucit, 70 % i 2a gen litiumdisilikat

TEK är en viktig materialfaktor hos såväl dentala ytkeramer som hos de material ytkeramerna förenas med. Förklara varför samt vad som kan hända vid ett ogynnsamt förhållande dem emellan.

- Termisk utvidningskoeff. (TEK) = hur mkt materialet expanderar vid värmning och krymper vid kylning

- TEK – metallen har större TEK än porslinet → metallen utvidgar sig mer än porslin när det värms upp → bildas tryck mot porslinet → håller kvar porslin till metall

Om TEK för metallen är mindre än porslinet kommer porslinsbindningen försämras pga vi förlorar den del av porslinsbindningen som utgörs av att kärnmaterialet trycker mot porslinet.

Gör upp en organisationsbild (översikt) över området DENTALA KERAMER, inkluderande alla dess underavdelningar.

Glas, glaskeram, porslin hör till huvudgruppen silikatkeramer. Men vad är specifikt för respektive silikatkeramvariant. Förklara kort.

De silikatbaserade keramerna domineras av en glasfas utgående från naturligt och syntetiskt fältspat med kristaller i sig.

(Silikatbaserade keramer innehåller kiseloxid - Zirkonia & Alumina har andra “grundämnen” och är därför inte silikatbaserade)

Skillnaden i TEK mellan kristallerna och glasfasen gör att det utövas ett tryck på glasmatrisen. Detta hindrar spricktillväxt.

Silikatkeramer:

• Dentalt glas: Innehåller bara en glasfas utan kristallstrukturer

• Porslin: Innehåller både en glasfas och kristallstruktur

• Glaskeramer: Innehåller en glasfas och fler kristaller

• Glaskeram är därför mer hållfast än porslin

>

Designfaktorer (formfaktorer spelar en mer betydelseful roll för keramer än för metaller. Varför det? Förklara. Dessutom redovisa vilka formfaktorer som kan ge hållfasthetsmässiga problem, förklara varför.

Formfaktorer måste beaktas i högre grad då keramiska rekonstruktionsmaterial används för uppbyggnad av kronor o broar. Förklara varför och specificera dessutom olika negativa designfaktorer som ibland förekommer och som då kan utgöra ett hot mot den keramiska konstruktionens beständighet.

• Spänningar ansamlas vid belastning hos keramer, speciellt vid defekter

• Keramerna kan inte utjämna spänningarna, jämför med metaller

• Termiska spänningar ansamlas både vid produktion och när keramen används i munnen pga att keramen har dålig värmeledning.

• Forma keramen så att det inte finns några kantiga övergångaär, skapa fina jämna konturer, inga hack → inga spänningar

• Påbitningskrafter mer utspridda på keramen istället för att ha alla centralt på den - motverka spänningar och sprickbildning

Man ser ofta uttrycket 3Y-TZP inom odontologin. Översätt uttrycket samt förklara vad det representerar.

Diyttriumtrioxide stabilized tetragonal zirconiumdioxide polycrystal = Yttriastabiliserat tetragonal zirkoniumdioxid polykristall (på svenska).

Yttriastabiliserat = Zirkoniat är stabiliserat så att det inte övergår från tetragonal fas till monoklinisk fas i rumstemperatur.

Tetragonal = Det är för att den är i en tetragonal fas

Zirkoniumdioxid = Själva huvudämnet

Polykristall = materialet har flera kristaller

En dental silikatkeram av den sintrade typen består av ett flertal komponenter, var och en med sin speciella funktion. Vilka är dessa olika komponenter som ingår i ett dentalt porslinpulver och vilken funktion har respektive komponent?

Som tandläkare är det viktigt att känna till vad de material som används som rekonstruktionsmaterial består utav. Så….. vad ingår därför i ett dentalt porslin och vilken funktion har de olika ingående komponenterna?

1. Glasbildare för att få transluscens och glasfas.

2. Hållfasthetsökande kristaller som leucit ökar hållfastheten

3. Opakgörare för att dölja underkonstruktion & ge ett tandlikt utseende

4. Röntgenkontrastgivare för att se på röntgen

5. Färggivare gör materialet estetiskt

6. Modifierare påverkar TEK och bränntemperaturen

7. (Alkalioxider ingår för att sänka sintringstemperaturen och justera den termiska expansionen)

Man talar om dental zirkonia-keram som om alla dentala zirkoniakeramer är lika i alla avseenden. Är det verkligen så? om inte, vad är det som kan variera?

Nej, kristallerna kan vara olika tätt packade beroende på framställningsteknik

Finns olika block som används för zirkoniat, ex helsintrat, semisintrat, pressat